CN107413983B - 精确锻造弹壳 - Google Patents

Abstract

一种改进的弹壳，完全在渐进冷形成机上产生净形状，该冷形成机包括具有内部剪切工具的修整长度站。

Description

精确锻造弹壳

本申请是名称为“精确锻造弹壳”、国际申请日为2013年9月4日、国际申请号为PCT/US2013/057969、国家申请号为201380050170.4的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及弹壳和它们的制造。

背景技术

用于火器弹药的黄铜壳通常在连续机器上以多个步骤来制造，通常有中间退火步骤。传统上，壳由条形料来制造，该条形料形成杯形，然后进行拉制。一旦拉制，坯料机械加工至一定长度，并提供发射器槽。条形料方法产生较高的废料比率，需要用于退火的能量，缓慢，且占据相当的地面空间。已知由实心线材冷形成用于弹筒的空心薄壁中间坯料。不管由条形料还是由线材料来制造，当生产重拉制预制品时，它有在开口端上的不规则边缘，通常，该开口端在从形成工具排出后机械加工成精确的端表面。在从形成工具排出后，预制品通常也进行机械加工，以便产生在它的头部或后端附近的发射器槽。

制造弹壳的这些已知方法有多个附加缺陷。将壳预制品从例如形成机器的一个工作面传递至转动机器的工作面将引起尺寸变化，由于用于制造壳的机器的多种可能组合，该尺寸变化可能很难管理。在连续机器之间传递坯料通常涉及劳动成本，且各机器必须进行监测和维护，从而增加了附加的成本和壳制造的可变性。机械加工操作产生废料，特别是切屑和/或灰尘形式，从而产生维护和废料回收问题。

发明内容

本发明提供了一种改进的弹壳以及用于它的制造的方法和装置。壳完全由金属线材(通常为黄铜)在单个形成机器中冷形成。本发明的壳为无边缘的实体头部类型，具有在头部端的发射器槽。壳以高生产速度形成为最终形状，且材料去除局限于从深拉制柱形壁的前端切除较短环以便获得均匀的边缘以及冲压除去较小块以便形成穿火孔。发射器槽完全在坯料上形成，而没有相应的材料去除。该形成方法提高了坯料的冶金特性，特别是在发射器槽的关键区域处。本发明的方法使得壳更不易于通过在装配、使用和重新加载过程中产生的裂纹或其它损坏而失效。

本发明的方法开始于从实体线切割的坯料。坯料进行镦锻和挤压，以便形成发火药囊袋、管形装药和子弹空间以及发射器槽的初期阶段。在以后的形成阶段中，与发火药囊袋相关联的坯料区域进行镦锻和径向向外折叠，以便形成发射器槽的后壁或凸缘。作为用于装药和子弹空间的预制品的管形部分轴向深拉制成薄壁管，然后，通过新颖轨道剪切而在它的远端处进行精修整。在结束修整后，薄壁管锻造成稍微锥形形状。壳在形成机器中完成，且不需要辅助机械加工或退火。

附图说明

图1A-1I表示了实施本发明方面的、用于制造弹壳的渐进形成步骤，开始于实体线材切断坯料，结束于完成的壳；

图2A-2D示意表示了用于执行图1A-1I中所示步骤的形成设备和仪器，包括工具；

图3是模具站的透视剖视图，其中，预制品发射器槽形成于坯料上；

图3A是在图3所示的站中使用的模具部分的放大图；

图4是坯料端部修整站的剖视图；

图4A是坯料端部修整站的切割区域的放大图；以及

图5是本发明的弹壳的嘴的、较大放大比例的局部剖视图。

具体实施方式

尽管本发明的实体头部弹壳有时称为“无边缘”，但是应当知道，该术语用于束带壳(belted case)，其中，它们的头部稍微大于它们的本体的前部区域。尽管工业“无边缘”术语，但是弹壳头部的、在发射器槽后部的径向外部部分能够认为是边缘。

参考图1A-1I，图中表示了在渐进形成或锻造机器中形成最终弹壳的优选顺序，开始于实体线材料。图1A中所示的坯料10通过剪切操作而从盘绕圆线材料上切割，该剪切操作与后面更详细介绍的、锻造机器的其它操作同步。普通的传递装置(具有轴向运动部件，未示出)操作成使得坯料10从一个站移动至下一个站，即在图1A-1I中从右向左。在第一形成站(图1B)中，从切断站(图1A)传递的坯料10进行镦锻，以便平整它的剪切端面。在第二形成站(图1C)处，坯料10形成为在它的端面上具有凹窝中心11、12，以便提高在随后形成步骤中的形成同心性。在第三形成站(图1D)中，坯料10三重挤压形成壳空腔的管形壁13的柱形预制品、最终发射器槽14的外表面和发火药凹口或囊袋16的预制品。

在第四站(图1E)处，壳空腔壁13的预制品进行深拉制，以便形成该壁以及装药和子弹空腔19的另一中间预制品阶段。在第五站(图1F)处，坯料的头部18的最初形状形成为预制发射器槽14。在第六站(图1G)处，壳空腔壁13的端部进行切割至最终长度。在第七站(图1H)，发射器槽14最终形成。在第八站(图1I)处，柱形预制品壁的外径锻造成稍微锥形形状，以便形成最终的空腔壁13。腹板22(表示头部18的前部部分)的中心进行穿透，以便形成穿火孔24，因此产生最终的弹壳25，其中，腹板的其余部分有效关闭空腔19的内端。

图2A-2D示意表示了多站形成机器30，该多站形成机器30包括工具，即模具、冲头和其它仪器，以便执行上述步骤，从而制造本发明的最终弹壳25。这些图的下部部分表示了模具工作面或台面31；在32处的线是指参考平面，有时称为在模具工作面上的模具面(FOD)。

在图2A-2D中，坯料10由传递机构从右向左传送，并停止于各站处，以便渐进形成。传递机构能够为类似于美国专利5713237中所示的类型，它能够使得坯料从工作站的模具中轴向退回和插入该模具中。坯料10通过剪切器37而从由线圈供给的圆形线材料36中切割，然后传递给第一站46。在切断剪切产生的坯料优选是具有至少1.16的长度直径比率，更优选是超过1.5的比率，最优选是超过1.7。除了切断站之外，所示的形成机器30还具有八个形成站。切断站和连续的站沿水平线等距间隔开。在模具工作面31上的各站具有用于模壳的接收或模具孔41在往复撞锤或滑动件42上有用于接收工具或冲压壳的同轴工具孔43。所述和所示的弹壳25是9mm弹壳；尽管黄铜通常用于制造壳，但是其它材料例如钢或铝也可以用于实施本发明。在第一站处(在它的中心线处由标号46表示(在随后站中也是这样))，滑动模具环47径向限制坯料10的中部部分。当通过冲头48来镦锻时，环47能够相对于相关模具39轴向滑动，这样，它与坯料一起运动，且并不明显限制坯料阻止在模具的拐角中充分成形。在第一形成站46中，坯料10采取丸粒形状，具有大约0.6的长度与直径比率。

在第二工作站51处，坯料通过冲头52和模具53而形成有在其端表面上的凹窝中心11和12，以便提高在下一站中的工具和坯料对齐。

在第三站55中，坯料10进行三重挤压，其中，弹壳空腔19的壁13的预制品、发射槽14的预制品和发火药囊袋16的预制品通过模具组件56和冲头组件57来形成。头部18的预制品的减小外径稍微更小，例如比发射器槽14的最终径向底部的直径小大约0.35mm(在图1H和1I中所示的最终产品)。

在第四站60处，在图2B的左侧，坯料10通过逐渐更小的圆片63而在模具组件61中在冲头62上进行深拉制，以便形成壳空腔19的薄预制品壁13。拉制管或壁13的自由端的正常特征为不规则边缘。

在第五站70处，在图2C的右侧，发射器槽14的预制品形成于坯料10的头部端上。这通过在图3和3A中示意表示的分段模具组件71来完成。四个分段72(在这些剖视图中只看见两个分段)在将它们驱动至模具壳73的锥形孔75内时环绕坯料径向向内凸出。通过撞锤的进一步前进，分段72通过高压杠杆74和气体弹簧76而保持关闭，抵抗在坯料中形成的、将打开分段72的压力。杠杆74通过杆77而操作在分段模具组件上。如上所述，在第三站55处产生的壳头部18的预制品的最小外径(图1D和2B)通常与这里产生的发射器槽14的预制品的底部直径或最小直径相同，尽管优选是稍微更小。在第五站70中，坯料头部的远端或外端径向向外折叠或镦锻，以便首先制造用于发射器槽的预制品后凸缘壁或边缘。在它们的关闭位置中，如图3和3A中所示，分段72共同包围与边缘和槽预制品精确互补的环形区域，因此，当冲头78到达前死点时将充分限定坯料的头部区域。

在第六站80处，坯料10进行修整，以便除去在拉制壳空腔壁的嘴处的不规则自由边缘，并确定弹壳的最终长度。坯料材料优选是除去成作为短废料环的单件。除去将在剪切处理中完成，该剪切处理有利地避免产生明显的灰尘、颗粒和/或坯料材料的切屑。参考图2C、4和4A，修整装置(表示为81)包括在模具表面31上的坯料夹紧装置82以及在撞锤42上的剪切工具或冲头装置83。应当知道，夹紧装置82通过撞锤42的运动来操作。坯料夹紧装置82装入上部和下部模具壳部分86、87中。上部模具壳部分87在模具平面32的面处支承一对相对的夹紧器88、89(当它在模具壳孔41中的前部位置时)。在下部和上部模具壳部分86、87之间的相对运动导致相对的夹紧器88、89的关闭和打开。这样的夹紧器运动通过在下部模具壳部分86上的凸轮(在图4的视图中只看见一个凸轮91)来产生，该凸轮操作在上部模具壳部分87上的杠杆(在图4中只看见一个杠杆92)。所示的凸轮91和杠杆92操作下部夹紧器89，同时不可见的凸轮和杠杆操作上部夹紧器88。模具壳部分86、87通过相应气体弹簧而朝着撞锤42偏压。气体弹簧93朝着撞锤偏压下部模具壳部分86；与上部模具壳部分87相连的气体弹簧在图4的视图中不可见。在下部模具壳部分86上的剪切板94处于在该部分前面的固定轴向距离处。传递装置将坯料10传送至该站80，并将它的发火药囊袋预制品设置在对齐销96上。由于修整装置81上的前缘板97与剪切板94接触(由撞锤42的前进来驱动)而导致的、下部模具壳部分86相对于上部模具壳部分87的初始运动使得夹紧器88、89在预制品发射器槽的相对侧接合和保持坯料10。这种夹紧动作受益于由预制品发射器槽的锥形侧部产生的楔入。

撞锤42的进一步前进使得下部壳部分86驱动上部壳部分87(逆着它的弹簧偏压)。模具壳部分86、87的这种位移(如后面解释)使得坯料10能够在撞锤收回冲程的相对较长部分上进行修整。

在第六站80处安装在撞锤42上的冲头孔中的剪切装置83除去较短环，该较短环有在柱形壳本体的自由端或嘴处形成的不规则边缘(前面在第四站60处拉制)。装置81包括沿站80的轴线延伸的细长凸轮101。在远端处，凸轮101保持销状柱形切割工具或剪切器102，该切割工具或剪切器102由合适的硬工具钢来制造，尺寸设置成装配至坯料空腔19的开口端中。凸轮101支承在两组四个辊103上。一组辊103(在图4中可见)处于水平平面中，且两个在凸轮101上面，两个在凸轮下面。另一组辊(图4中不可见)处于竖直平面中，且两个在凸轮101的一侧(图平面的下面)，两个在凸轮的另一侧(图平面的上面)。辊103轴颈连接在套筒104中。套筒104用于在固定于撞锤42上的工具保持器106中轴向滑动。凸轮101的外部轮廓制造成驱动凸轮从与站80的轴线同心的“原始”位置首先侧向离开中心，然后在四叶轨道通路中驱动，以便执行绕站轴线的全角度旋转。当凸轮和套筒104彼此相对轴向运动时产生凸轮101的偏心运动。

当撞锤42接近模具工作面31，且夹紧器88、89已经锁定在发射器槽预制品中时，剪切工具102进入坯料，该剪切工具102有普通柱体的形状，并首先定心在站轴线上。剪切板94承载合适硬工具钢的环形插入件或轴环107。插入件107有中心孔，该中心孔用于相对紧滑动地套装在薄壁壳空腔上。多个部件的尺寸设置成使得工具102的悬臂端(具有有尖锐周边边缘的径向端面)处于壳坯料要进行修整的平面处。类似的，插入件107的孔的周边边缘为尖锐，并基本处于坯料要进行剪切的平面处。在工具102的端面和插入件107的孔的边缘之间的轴向间隙尽可能小。坯料10在该站80中进行修整，以便确定它的最终长度。

图4和4A表示了当撞锤处于前死点时(撞锤42没有速度的状态)工具102和插入件107的位置。模具壳部分86、87完全退回至相关的模具工作面孔41中。当撞锤42退回时，模具壳部分86、87和在坯料周边上的插入件107与撞锤42和剪切销工具102共同运动，通过它们的气体弹簧而朝着撞锤驱动。本领域中已知的同步顶出杆机构使得套筒104保持静止，同时使得凸轮101与撞锤42一起运动。与保持器108组合的前缘板97将凸轮101定位成允许该凸轮侧向运动，但是不能相对于撞锤42轴向运动。工具102的外周边缘和插入件107的内周边缘在剪切作用中进行配合，以便从弹壳坯料10的主体切除废料环。

与模具壳部分86、87相连的气体弹簧使得该部分随着头部滑动或撞锤42而从模具孔出来，直到上部部分87到达它在模具体中的运动极限。当撞锤42继续退回时，传递装置夹紧坯料，夹紧器88、89打开，因为下部模具壳部分86在它的气体弹簧的力的作用下继续随着撞锤运动。下部模具壳部分86的有限继续运动将推动剪切板94离开坯料10，从而使得传递装置能够夹紧和使得坯料运动至下一站。切断的较短废料环通过喷气而驱动离开剪切销102。套筒104最终通过同步顶出杆机构而返回至它的开始位置，且凸轮101和剪切销102同样返回至它们的开始位置。

图5表示了由本发明的修整装置81产生的弹壳嘴的独特形状。内周表面105在最终的壳25的嘴的边缘109处通过剪切销工具102的内部切割或剪切作用而“圆角”或成钟形嘴。这种向外扩口的嘴几何形状能够方便射弹装配至由壳壁13形成的空腔中。

坯料10传递给第七站110，与第五站70类似，在该第七站110中使用分段模具组件111。锥形分段112装配至模具壳114的锥形孔113中。分段112通过较大的气体弹簧和杠杆(类似于图3中所示)而逆着形成压力保持关闭。在该站110处，包括发射器槽14的弹壳头部进行精确最终形成。最终的头部18包括完整的凸肩或“边缘”，该凸肩或“边缘”有构成发射器槽14的后部边界的、朝向前的径向侧表面116。另外，发射器槽14由柱形底部117和锥形的、朝向后的侧部或表面118来确定。当承载冲头114的撞锤42到达前死点时，分段112(当关闭时)和模具元件121、122精确确定和紧密限定头部18，该头部18包括发射器槽14和发火药囊袋116的周边边界。优选是，在第五站和第七站中的滑动模具组件的分段的数目为4个，且第七站的分段与第五站的分段偏离45度角度位置，以便降低在坯料上溢料(flash)的可能性(在相邻分段之间可能产生溢料)。要施加给弹壳10的任何头部冲压优选是在第七站中通过模具元件121、122来进行。

对于本发明公开的目的，弹壳10的头部是腹板22前部的后面的部分。如前所述，应当知道，在头部材料的每次形成撞击中，工具在撞锤冲程的前死点处完全限制该材料。

坯料10传递给第八站130，在该第八站130中，装药和子弹空腔19的管形薄柱形壁在冲头组件131和模具组件132中锻造成稍微锥形。另外，在发火药囊袋16以及装药和子弹空腔19之间的腹板22通过在站130的轴线处的模芯棒133而进行穿透，以便产生发火药穿火孔24。这样，坯料10在该站130中完成，并作为最终部件而排出。

在多个形成步骤中冷形成坯料头部18材料的本发明方法产生了在发射器槽14处的超级颗粒结构，从而制成更硬、更强和精确形成的弹壳头部，它在发射过程中更不容易卡住或以其它方式失效。

当与普通的成杯形、拉制、退火和机械加工的壳相比时，最终的弹壳壁13具有降低的破裂趋势，尽管它没有退火。这样提高性能的原因还不完全理解，目前认为至少部分是因为当它从具有相对较高的长度与直径比率(例如大约1.8)的线材坯料转变成具有相对较低的长度与直径比率(例如大约0.6)的相对扁平弹丸形坯料时坯料的极度冷加工和它的颗粒结构的瓦解。相对较高的长度与直径比率也有利于消除在坯料的原始形状的端面中的切断扭曲效果。

本发明壳的抗破裂的另一因素可以是避免与管形壁对齐的颗粒图形。显然，本发明的壳的抗破裂性是它能够再装药更多次(与普通制造的壳相比)的原因。

在单个机器上制造的本发明弹壳更容易保持精确的尺寸标准。用于制造弹壳的本发明方法具有与普通方法相比大大提高给定尺寸设备的生产能力的潜力，同时使用更少的劳动、地面空间、能量和材料。

应当知道，本发明通过实例来公开，且可以通过增加、改变或消除细节而进行多种变化，而并不脱离包含在本发明中的教导的合适范围内。因此，本发明并不局限于公开的特殊细节，除非下面的权利要求需要这样限制。

Claims (15)

1.一种制造弹壳的方法，包括：通过从线材切割一长度而制成坯料，对坯料进行加工并进行多个形成操作，所述形成操作包括：通过在渐进形成机器中在连续的工作站之间分别向下游传送坯料而进行挤出和拉制，在撞锤的前进和后退的机器循环过程中同步地进行坯料上的多个形成操作，并形成具有中空的圆形薄壁的坯料，在单个机器循环过程中在工作站处修整所述中空的圆形薄壁的一端，随后的坯料在所述单个机器循环过程中形成于上游机器工作站中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：将所述圆形薄壁锻造成稍微锥形。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：在与所述中空的圆形薄壁相对的一端，所述坯料形成有起爆物孔，在所述中空的圆形薄壁和所述起爆物孔之间有腹板，对所述腹板进行穿透，以便形成穿火孔。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：通过从圆形薄壁内部进行剪切操作而对圆形薄壁进行修整。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：坯料从卷绕线材料进行切割。

6.根据权利要求1所述的方法，该方法采用在多站冷形成机器中在管形工件上产生均匀剪切边缘的修整装置，该修整装置包括：轴环，该轴环有孔，用于在管形工件上面滑动，该孔有尖锐的周边边缘；工具，该工具有端部，该端部的尺寸设置成装配至上述管形工件中，工具端部有尖锐边缘；以及用于形成所述工具相对于所述轴环的径向和角度运动的机构，在这样的径向和角度运动过程中，该工具的边缘和所述轴环的边缘布置成剪切管形工件，以便从该管形工件上切割环和产生所述均匀剪切边缘。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述工具安装在保持器上，该保持器布置成沿轴向和沿轨道相对于所述管形工件的轴线移动。

8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括采用凸轮表面而将所述保持器相对于该保持器的支承件的轴向运动转变成该保持器的径向运动。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹壳具有最终发射器槽，该方法采用可接收于布置在工作站中的模具壳和相对的冲头保持器中的工具，该工作站沿公共平面均匀间隔开，所述工具包括：冲头和模具组，该冲头和模具组用于将从线材料切割的细长坯料镦锻成外径大于长度的圆形坯料；冲头和模具部件，所述冲头和模具部件用于在坯料的一端形成管和在相对端形成发火药囊袋；拉制冲头和模具组，该拉制冲头和模具组用于将所述管拉制成薄壁；具有布置成圆形排列的分段的分段模具和配合的冲头，用于镦锻发火药囊袋的材料以便制造最终的发射器槽；坯料夹紧机构和切割装置，它们各自可安装在公共站中，并能够在锻造机器的撞锤的单个循环中修整薄壁。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：所述切割装置是剪切器，所述剪切器布置成从坯料的其余部分上切割薄壁的开口端的较短长度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：切割装置包括剪切销，该剪切销被插入坯料的薄壁部分的开口端中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：所述剪切销布置成相对于所述公共站的中心沿径向运动。

13.根据权利要求1所述的方法，该方法采用用于修整拉制弹壳的嘴端的切断装置，该切断装置包括：悬臂销，该悬臂销的尺寸设置成装配至弹壳的未修整的嘴中，并有在远端处的尖锐边缘；支承件，用于当悬臂销通过它的尖锐边缘而伸入所述嘴中时将该悬臂销承载为悬臂；用于使得所述悬臂销沿径向向外和在环绕所述弹壳的中心的通路中运动的机构，这样，该悬臂销切割所述弹壳的壁，以便除去所述弹壳的壁的较短长度，从而形成精确的弹壳边缘；以及轴环，该轴环用于环绕所述弹壳的嘴端的外部紧密配合，以便在所述悬臂销的切割作用中与该悬臂销配合。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹壳是一种冷形成弹壳，该冷形成弹壳具有圆形拉制薄壁，该圆形拉制薄壁形成装药和子弹空腔，该圆形拉制薄壁终止于有边缘的嘴，该边缘通过从所述边缘从内部切割所述圆形拉制薄壁的初始远侧部分的剪切操作来制造。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弹壳具有：拉制圆形管，该拉制圆形管形成子弹推进剂腔室；以及头部，该头部有效关闭所述拉制圆形管的一端，与由头部有效关闭的所述一端相对的管端部通过从该拉制圆形管的内部剪切该拉制圆形管的工具而进行最终切割至一定长度，因此，内周表面在管端部处向外扩口。